在机械加工中使用的超硬材料刀具
超硬材料刀具目前主要有单晶金刚石刀具，聚晶金刚石（PCD）刀具,化学气相沉积（CVD）的金刚石刀具,聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具等[1]。它不仅是加工高硬度材料的理想刀具，而且用超硬材料刀具替代普通刀具进行切削，可以实现铸、锻毛坯件的高速、高效加工和/或一次性完成粗、精加工。超硬材料刀具是完全适用于高速、精密和自动化加工的。尤其是在以车代磨、以铣代磨方面，它适用于成形、仿形及定尺寸的精密磨削，并使磨削质量显著提高、磨削效率得到数倍乃至数十倍的提高。它不但能防止工件表面烧伤、微裂纹、缺口、变质层过深等缺陷，而且能提高工效、降低消耗和磨削成本。它具有高效、低耗、适应性强、制造周期短等优点。目前已在汽车、摩托车、航空、矿山、电子、玻璃等行业机械加工中得到广泛应用。
1.在机械加工中的的应用
1.1在车削加工中的的应用
1.1.1车削钢件
加工淬硬钢时，超硬材料刀具能以车代磨。由于切削的深度比磨削高十几倍，可提高效率4倍以上，加工成本下降到原来的1/5。
用PCBN刀具精车硬度高于45HRC的淬硬钢效果最好,切削速度一般为80～120m/min。高硬度工件切削速度宜取低值，如硬度为70HRC的工件，切削速度宜选60～80m/min。精车的切削深度在0.1～0.3mm，进给量在0.05～0.025mm/r，加工表面粗糙度为Ra0.3～0.6μm,尺寸精度可达0.013mm。若采用刚性好的标准数控车床,且PCBN刀具的刚性好、刃口锋利，则精车表面粗糙度可达Ra0.3μm，尺寸精度0.01mm，可达到数控磨床加工的水平。
某厂原采用磨削工艺加工小齿轮，一班仅能加工100个；现采用PCBN刀具车削，切削参数采用：v=60～120mm/min，f≤0.12mm/r，ap≤0.1mm，一班能加工400个小齿轮。此外，分摊到每个齿轮的加工成本也有所下降。
如用PCBN刀具加工渗碳淬火的20CrMnTi汽车变速箱同步器套拨叉(HRC58～62)，切削速度V=150mm/min，进给量ƒ=0.1mm/r，ap=0.2～0.3mm，刀具切削行程达到9.58km[2]。以车代磨后，效率提高4倍以上，加工成本降低为原来磨削工艺的1/3～1/2。
荷兰Hembrug公司在MikroturnCNC系列超精车床上采用PCBN刀具精车淬硬EN21轴承钢(HRC62)、美国国家标准工艺研究院Y.KevinChou和ChrisJ.Evans采用SumitomoBN系列PCBN刀具加工AISIM50钢(HRC62～64)、英国DeBeers工业金刚石公司M.A.Fleming在DeltaTurn40车床上采用AMBORITEDBN45刀具车削EN31轴承钢等，都实现了纳米切削。
超硬材料刀具加工钢件的例子还有使用长城机床厂的CK7820数控车床加工重型汽车变速器中的二轴的20CrMnTiHA3多档花键沉割槽（HRc58～63）、使用1A616机床加工矿山机械的45号钢Φ48h6传动轴（HRc42～45）[3]、在可无级变速的CA6140车床上使用PCBN刀具精密车削GCr15淬硬轴承钢工件（分别为30HRc、40HRc、50HRc、60HRc和64HRc）等。
将经过特殊磨削的PCBN刀具用于超精密车床上，在切削深度为15～20µm、进给量为0.608µm/r转的条件
下,切削加工表面光洁度可达Rmax=0.0254µm。在一般精密数控车床上切削不锈钢，可获得Rmax=0.2µm以内的表面粗糙度。
|
